(57)【要約】【課題】予測通りのマスクの平坦度を実際の露光装置で得られるマスクの製造方法、マスク平坦度測定方法、ペリクル装着装置、及び半導体装置の製造方法を提供すること。【解決手段】本発明の一形態のマスクの製造方法は、露光マスクにペリクルを装着する工程を含むマスクの製造方法において、前記ペリクルを装着する工程（Ｓ１１０）において前記ペリクルが曝される雰囲気の第１の湿度を、前記ペリクルが装着された前記露光マスクが所定の露光装置内で曝される雰囲気の第２の湿度よりも低く制御する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光マスクにペリクルを装着する工程を含むマスクの製造方法において、
前記ペリクルを装着する工程において前記ペリクルが曝される雰囲気の第１の湿度を、前記ペリクルが装着された前記露光マスクが所定の露光装置内で曝される雰囲気の第２の湿度よりも低く制御することを特徴とするマスクの製造方法。
【請求項２】
前記第１の湿度は前記第２の湿度の４／５以下であることを特徴とする請求項１に記載のマスクの製造方法。
【請求項３】
ペリクルが装着された露光マスクの平坦度を測定するマスク平坦度測定方法において、
前記平坦度を測定する際に、前記ペリクルが曝される雰囲気の第１の湿度を、前記ペリクルが装着された前記露光マスクが所定の露光装置内で曝される雰囲気の第２の湿度よりも低く制御することを特徴とするマスク平坦度測定方法。
【請求項４】
露光マスクにペリクルを装着するペリクル装着装置において、
前記ペリクルを前記露光マスクに装着する際に、前記ペリクルが曝される雰囲気の湿度を下げる除湿機構を備えることを特徴とするペリクル装着装置。
【請求項５】
請求項１に記載のマスクの製造方法により製造された露光マスクを用いて半導体装置を製造することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造プロセスにおけるマスクの製造方法、マスク平坦度測定方法、ペリクル装着装置、及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体製造プロセスに用いられているフォトリソグラフィ工程での課題が顕著になりつつある。半導体デバイスの微細化が進むにつれ、フォトリソグラフィ工程での微細化に対する要求が高まっている。既に、デバイスの設計ルールは６５ｎｍにまで微細化し、制御しなければならないパターン寸法精度は７ｎｍ以下と極めて厳しい精度が要求されている。このような中、パターン形成工程の高精度化を妨げている要因として、リソグラフィ工程に用いられる露光マスクの平坦度がある。微細化に伴いリソグラフィ工程での焦点裕度が少なくなる中で、露光マスクの平坦度が無視できなくなっている。
【０００３】
露光マスクの平坦度は、予め露光装置にチャックした場合のマスク形状をシミュレーションにより予測することで、実際に用いられる状態での管理が可能になっている。これにより、従来の平坦度の予測を行わない場合に比較して、マスク平坦度による問題は減少していた。しかしながら、シミュレーションによる予測と実際に露光装置にチャックされた露光マスクの平坦度とが一致しない場合があることが問題となっていた。
【０００４】
なお、特許文献１には、複数のマスク基板の各々について、主面の表面形状および露光装置のマスクステージにチャックする前後の主面の平坦度を取得し、マスクステージにチャックする前後の両方において、平坦度の良い表面形状を有するマスク基板を用意し、このマスク基板上に所望のパターンを作成し、露光マスクを作成する方法が開示されている。
【０００５】
特許文献２には、ペリクル付きフレームと基板との装着を行うチャンバ内の気圧を気圧センサで測定する。ペリクル付き基板を使用する露光装置の所定気圧を設定した気圧コントローラーは、気圧センサからの気圧情報に従って送風機を制御し、チャンバ内の気圧を設定気圧と一致させる装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−５０４５８号公報
【特許文献２】特開平６−１１０２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、予測通りのマスクの平坦度を実際の露光装置で得られるマスクの製造方法、マスク平坦度測定方法、ペリクル装着装置、及び半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一形態のマスクの製造方法は、露光マスクにペリクルを装着する工程を含むマスクの製造方法において、前記ペリクルを装着する工程において前記ペリクルが曝される雰囲気の第１の湿度を、前記ペリクルが装着された前記露光マスクが所定の露光装置内で曝される雰囲気の第２の湿度よりも低く制御する。
【０００８】
本発明の他の形態のマスク平坦度測定方法は、ペリクルが装着された露光マスクの平坦度を測定するマスク平坦度測定方法において、前記平坦度を測定する際に、前記ペリクルが曝される雰囲気の第１の湿度を、前記ペリクルが装着された前記露光マスクが所定の露光装置内で曝される雰囲気の第２の湿度よりも低く制御する。
【０００９】
本発明の他の形態のペリクル装着装置は、露光マスクにペリクルを装着するペリクル装着装置において、前記ペリクルを前記露光マスクに装着する際に、前記ペリクルが曝される雰囲気の湿度を下げる除湿機構を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、予測通りのマスクの平坦度を実際の露光装置で得られるマスクの製造方法、マスク平坦度測定方法、ペリクル装着装置、及び半導体装置の製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１２】
露光マスクでは、マスクパターンを保護するためにペリクルが装着される。ペリクルは、マスク表面から６ｍｍ程度離れた位置に張られる極薄の有機膜であり、湿度により膨張・収縮することが知られている。
【００１３】
本願の発明者らはこの点に着目し、ペリクルを貼り付ける工程での環境の湿度と、出来上がった露光マスクが露光装置内で使用される環境の湿度とマスクの変形量とを調査したところ、ペリクル貼り付け工程での湿度よりも露光装置内の湿度の方が低い場合に大きなマスク変形を生じていることを突き止めた。これは、ペリクル膜は湿度が低いほど収縮する特性をもつため、ペリクルを貼り付ける工程でマスクを変形させること無くペリクルを貼り付けても、そのマスクを湿度が低い露光装置内にセットした場合に、ペリクル膜が収縮し大きな引張り応力を生じ、それによりマスクが変形していたのである。
【００１４】
この問題を解決するために、本実施の形態では、ペリクル貼り付け工程での湿度を露光装置内の湿度と同程度かそれよりも低くする。これにより、常にペリクル膜の応力を小さく維持することが可能になり、ペリクル膜の応力によるマスク変形を防ぎ、予測した通りのマスクの平坦度を露光装置で実現できることになる。この方法により製作した露光マスクを用いてウェハ露光をすることにより、従来よりも格段にかつ確実に焦点裕度を大きくすることが可能になる。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態に係る露光マスク製造工程を示すフローチャートである。以下、図１と後述する表１，２を基に、第１の実施の形態の露光マスク製造工程について説明する。
【００１６】
表１は、１０枚の石英基板（ガラス基板）（Ｋ〜Ｔ）の平坦度の測定の結果を示している。各石英基板は、６インチ角（１５２ｍｍ角）で厚さ約６ｍｍである。
【表１】
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【００１７】
まず、ステップＳ１０１で、各石英基板（Ｋ〜Ｔ）における１４８ｍｍ角領域の主面形状の平坦度を測定した。平坦度測定機には、Ｔｒｏｐｅｌ社のＵｌｔｒａＦｌａｔを用いた。この平坦度測定機は、気温と湿度を制御したチャンバーの中に設置し、常に気温２３℃、湿度５０％を保っている。この気温と湿度の設定は、マスクを露光装置内に設置したときの環境と同じにしてある。次に、平坦度を測定した１０枚の石英基板（Ｋ〜Ｔ）のうち、１４８ｍｍ角領域の平坦度が凸形状（マスク中央部がマスク周辺部より高い）をなす９枚の石英基板（Ｋ，Ｌ，Ｎ〜Ｔ）を選択し、さらにその中で基板主面中央部１４２ｍｍ角領域の平坦度がレンジで０．３μｍ以下の８枚の石英基板（Ｋ，Ｌ，Ｎ，Ｐ〜Ｔ）を選択した。
【００１８】
次に、ステップＳ１０２で、この８枚の石英基板（Ｋ，Ｌ，Ｎ，Ｐ〜Ｔ）に対して、ウェハ露光装置のマスクステージ上にチャックしたときの平坦度を図示しないコンピュータでシミュレーションにより予測した。この予測結果から、ステップＳ１０３で、各石英基板（Ｋ，Ｌ，Ｎ，Ｐ〜Ｔ）に対して、ウェハ露光装置のマスクステージにチャックしたときに所望の主面平坦度を得ることが可能か否かを判定した。この判定の結果、チャック後に基板主面中央部１３２ｍｍ角領域の平坦度がレンジで０．２μｍ以下である６枚の石英基板（Ｋ，Ｌ，Ｎ，Ｐ，Ｒ，Ｔ）を選択した。
【００１９】
次に、ステップＳ１０４で、所望の主面平坦度を得ることが可能と判定された６枚の石英基板（Ｋ，Ｌ，Ｎ，Ｐ，Ｒ，Ｔ）に対して、基板主面にＭｏＳｉＯＮからなるハーフトーン（ＨＴ）膜を成膜しさらにその上にＣｒ膜を成膜して遮光体膜を形成した。ステップＳ１０５で、６枚の石英基板（Ｋ，Ｌ，Ｎ，Ｐ，Ｒ，Ｔ）に対して、遮光体膜形成後の基板主面１４２ｍｍ角領域の平坦度を測定した。
【００２０】
表２は、選択された６枚の石英基板（Ｋ，Ｌ，Ｎ，Ｐ，Ｒ，Ｔ）における遮光体膜形成後の平坦度の測定結果を示している。
【表２】
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【００２１】
この結果から、基板主面中央部１４２ｍｍ角領域の平坦度がレンジで０．３μｍ以下である５枚の遮光体膜付き石英基板（Ｋ，Ｌ，Ｐ，Ｒ，Ｔ）を選択した。
【００２２】
次に、ステップＳ１０６で、この５枚の石英基板（Ｋ，Ｌ，Ｐ，Ｒ，Ｔ）に対して、ウェハ露光装置のマスクステージ上にチャックしたときの平坦度を図示しないコンピュータでシミュレーションにより予測した。この予測結果から、ステップＳ１０７で、各遮光体膜付き石英基板（Ｋ，Ｌ，Ｐ，Ｒ，Ｔ）に対して、ウェハ露光装置のマスクステージにチャックしたときに所望の主面平坦度を得ることが可能か否かを判定した。この判定の結果、チャック後に基板主面中央部１３２ｍｍ角領域の平坦度がレンジで０．２μｍ以下である３枚の遮光体膜付き石英基板（Ｋ，Ｌ，Ｔ）を選択した。
【００２３】
その後、ステップＳ１０８で、所望の主面平坦度を得ることが可能と判定された３枚の石英基板（Ｋ，Ｌ，Ｔ）の上に電子ビーム露光用レジストを塗布し、各石英基板を露光マスク基板として準備した。続いて、露光マスクの製造工程を実施した。まず、上述した３枚の露光マスク基板（Ｋ，Ｌ，Ｔ）（マスクブランクス）に対して、電子ビーム描画装置（ＮＦＴ製ＥＢＭ４０００）により、開口率が異なる３種類のパターンをそれぞれ描画した後、ベーク・現像を行った。次に、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置（ＵＮＡＸＩＳ社製ＶＬＲ−Ｇ３）により、Ｃｒ膜及びＨＴ膜をエッチングし、さらに残ったレジストを除去した。次いで、ＨＴ膜上のＣｒ膜をウェットエッチングにより除去し、開口率の異なる３枚のＨＴマスクを形成した。これら、３枚のマスクの開口率は、それぞれ５％、５０％、９５％となっている。
【００２４】
次に、ステップＳ１０９で、パターンを形成した３枚の露光マスク（Ｋ，Ｌ，Ｔ）の平坦度を測定した。その結果、どの露光マスクも、平坦度が０．２μｍ以下となり、目標とする値を満足することが確認できた。その後、ステップＳ１１０で、ペリクル貼り付け装置（ニコン社製ＡＭ６０１）により、３枚の露光マスク（Ｋ，Ｌ，Ｔ）それぞれにＡｒＦ用ペリクル（三井化学社製）を貼り付けた。
【００２５】
図２は、除湿機を取り付けたペリクル貼り付け装置の構成例を示す図である。図２に示すように、ペリクル貼り付け装置１に管２を介して除湿機３を設置している。
【００２６】
ペリクル貼り付け装置１のチャンバールーム４内には、露光マスクにペリクルの付いた枠を装着する装着機構５が設けられている。装着機構５は３段のテーブルを備えており、下段のテーブル５１にペリクルの付いた枠６が保持され、中段のテーブル５２に露光マスク７が載置され、上段のテーブル５３に押し当て枠８が設けられている。装着機構５では、上段のテーブル５３と中段のテーブル５２が支柱５４，５４に沿って下降することにより、押し当て枠８が露光マスク７をペリクルの付いた枠６に押し当て、露光マスク７にペリクルの付いた枠６が装着される。
【００２７】
ペリクル貼り付け装置１内の上方には、除塵フィルター９が備えられている。除湿機３は、外部から空気を吸入し、乾燥させた空気を管２を介してペリクル貼り付け装置１内に供給する。乾燥空気は、ペリクル貼り付け装置１内にて除塵フィルター９を通過し下方へ流れ、これによりチャンバールーム４内が除湿され、ペリクルが曝される雰囲気の湿度が下がる。その後、空気は図示しない排気口からペリクル貼り付け装置１の外部へ排気される。
【００２８】
本実施の形態では、クリーンルーム内の気温と湿度が２３℃と５０％であるのに対して、ペリクル貼り付け装置１内の雰囲気（ペリクルが曝される雰囲気）の気温と湿度をそれぞれ２３℃と４０％にした。ウェハ露光装置内の露光マスクが設置される雰囲気（ペリクルが装着された露光マスクが曝される雰囲気）の気温と湿度は、クリーンルーム内の気温と湿度と同じ２３℃と５０％であるため、ペリクル貼り付け環境の湿度を１０％低くし４０％にしている。これにより、ウェハ露光装置内ではペリクル膜の引張り応力が低減され、ペリクルに起因する露光マスクの変形が解消できるのである。
【００２９】
特開平０６−１１０２００号公報には、ペリクル貼り付け環境を露光装置と同じ温度・湿度・気圧にすることが開示されているが、上述したように近年は管理しなければならない平坦度がより厳しくなり、発明者らの実験によれば、後述の如く露光装置と同じ環境の場合、無視できない平坦度変化を生じることが判明している。また、特開平０６−１１０２００号公報では、ペリクル貼り付け環境の気圧と露光装置内の気圧との差が問題であると指摘されているが、昨今のペリクルには通気用の穴がペリクル枠に設けてあり、その問題は解決されている。
【００３０】
図３は、ペリクル貼り付け時の湿度とマスク平坦度の変化量の関係を示した図である。ペリクル貼り付けを気温２３℃、湿度２０〜８０％の範囲の環境で行い、ペリクルを貼り付けた露光マスクに対して露光装置内の環境と同じ気温２３℃、湿度５０％で平坦度を測定し、ペリクル貼り付け前の平坦度との差分をマスクの変化量とした。この関係から、ペリクル貼り付け時の雰囲気の湿度が４０％以下のとき（露光装置内の雰囲気の湿度の４／５以下）に、露光マスクの変形がほぼ解消されることがわかる。ただし、極端に乾燥した状態でペリクルを貼り付けた場合、露光マスクを湿度５０％の環境に持っていくと僅かにペリクル膜のたるみが観察されたので、たるみが生じない範囲で貼り付けることが望ましい。
【００３１】
次に、図１のステップＳ１１１で、前述したようにペリクルを貼り付けた３枚の露光マスク（Ｋ，Ｌ，Ｔ）のペリクル貼り付け後の平坦度を、露光装置内の環境よりもやや乾燥した雰囲気である気温２３℃、湿度４５％にて測定した。この測定結果から、ステップＳ１１２で、各露光マスク（Ｋ，Ｌ，Ｔ）に対して、所望の平坦度を得たか否かを判定した。この判定の結果、いずれの露光マスクも０．２μｍ以下の良好な平坦度を示しており、所望の平坦度を得られた。
【００３２】
次に、ステップＳ１１３で、この３枚の露光マスク（Ｋ，Ｌ，Ｔ）に対して、ウェハ露光装置のマスクステージ上にチャックしたときの平坦度を図示しないコンピュータでシミュレーションにより予測した。この予測結果から、ステップＳ１１４で、各露光マスク（Ｋ，Ｌ，Ｔ）に対して、ウェハ露光装置のマスクステージにチャックしたときに所望の主面平坦度を得ることが可能か否かを判定した。この判定の結果、チャック後に基板主面中央部１３２ｍｍ角領域の平坦度がいずれもレンジで０．２μｍ以下となり、非常に良い平坦度を示すことが確認できた。
【００３３】
なお、平坦度の測定にやや乾燥した雰囲気を選択したのは、ウェハ露光装置内の湿度も変動する可能性があるためであり、ウェハ露光装置内の標準湿度よりも乾燥した雰囲気で平坦度を測定することにより、ウェハ露光装置内の湿度変化にも対応した平坦度の管理が可能になる。
【００３４】
次に、ステップＳ１１５で、所望の主面平坦度を得ることが可能と判定された各露光マスク（Ｋ，Ｌ，Ｔ）を実際にウェハ露光装置のマスクステージ上にチャックした状態で、マスク平坦度を測定した。その結果、いずれの露光マスクも、チャック後の平坦度が０．２μｍ以下となり、前述した平坦度の予測シミュレーションの結果と一致する値を示すことが確認できた。
【００３５】
これにより、半導体デバイス製造におけるリソグラフィ工程において十分な焦点深度を得ることが可能となり、半導体デバイス製造の歩留まりを格段に向上させることが可能になった。
【００３６】
続いて、露光マスク（Ｋ，Ｌ，Ｔ）を用いてウェハ露光装置にて半導体ウェハに対して露光を行い、その半導体ウェハから最終的に半導体装置が製造される。
【００３７】
図４は、本発明の実施の形態の変形例に係る露光マスク製造工程を示すフローチャートである。図４において図１と同一な部分には同符号を付してある。
【００３８】
例えば、ステップＳ１０４で形成した遮光体膜の応力が十分に小さいと判明している場合には、図１に示した遮光体膜形成後の平坦度測定（ステップＳ１０５）、チャック後の平坦度のシミュレーション（ステップＳ１０６）、及びパターン形成後の平坦度測定（ステップＳ１０９）を省略することが可能である。
【００３９】
以上のように本実施の形態では、ペリクル膜の張力が湿度に依存する現象に着目し、ペリクル貼り付け工程における雰囲気の湿度を実際に使用する露光装置内の湿度と同程度かそれよりも低くすることにより、常にペリクル膜の応力を小さく維持することが可能になる。これにより、ペリクルにより露光マスクが変形することを防ぎ、ペリクルに起因するマスク平坦度の変化を無くすことができ、予測した通りのマスク平坦度を露光装置内で実現できる。この方法により製作した露光マスクを用いてウェハ露光をすることにより、従来よりも格段にかつ確実に焦点裕度を大きくすることが可能になる。
【００４０】
なお、石英基板に成膜する遮光体はＭｏＳｉＯＮやＣｒに限らず、Ｔａ化合物や窒化シリコン化合物などでもよい。
【００４１】
なお、本発明は上記各実施の形態のみに限定されず、要旨を変更しない範囲で適宜変形して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態に係る露光マスク製造工程を示すフローチャート。
【図２】本発明の実施の形態に係る除湿機を取り付けたペリクル貼り付け装置の構成例を示す図。
【図３】本発明の実施の形態に係るペリクル貼り付け時の湿度とマスク平坦度の変化量の関係を示した図。
【図４】本発明の実施の形態の変形例に係る露光マスク製造工程を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００４３】
１…ペリクル貼り付け装置  ２…管  ３…除湿機  ４…チャンバールーム  ５…装着機構  ６…ペリクルの付いた枠  ７…露光マスク  ８…押し当て枠  ９…除塵フィルター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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